1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
随着地基光学望远镜口径的不断增大，风扰动已成为影响望远镜成像质量最为关键的因素之一。为了深入研究风扰动对望远镜系统性能的影响规律及作用机理，从时域角度对望远镜在风扰动作用下的响应进行时程模拟以及系统性能预测。首先，简要介绍了望远镜结构组成并采用有限元方法建立了结构动力学模型，通过模态变换方法将动力学模型转换到模态坐标系下，从而降低了模型维数、提高了计算效率。然后，提出了一种基于二维随机场的风速时程模拟方法，将望远镜圆顶内的风速场表达为随时间和空间位置变化的二维随机场，通过引入波数谱，克服了谱表达方法中各个离散采样点处互功率谱矩阵Cholesky分解出现数值不稳定的问题，从而可以表达空间和时间频率范围内几乎连续的随机场，并且在数值计算中引入了快速傅里叶变换FFT算法，进一步提高了模拟效率。最后，以2 m口径望远镜为例，对风速环境进行了时程模拟，并对外界平均风速为10 m/s及15 m/s的风扰动作用下，望远镜的性能进行了预测。仿真分析结果表明：作用在望远镜主镜上的风扰动分别造成主镜最大接近45 nm和70 nm的面形误差；作用在次镜及桁架上，主要造成低频的主次镜相对位置和角度偏差。
地基望远镜 随机场 风扰动 时程模拟 动力学模型 ground-based telescope stochastic fields wind disturbance time-history simulation dynamic structural model
四旋翼无人机控制系统复杂、鲁棒性差、易受外界干扰，为了提高四旋翼无人机的控制精度，采取滑模变结构的控制方法。搭建四旋翼无人机的动态数学模型、电机模型和风场扰动模型，借助Matlab搭建SMC控制器，选择适当的参数和消除抖振方法，对四旋翼无人机的高度和姿态进行控制。实验结果证明，SMC控制器具有较好的动态性能和抗扰性。
四旋翼无人机 滑模变结构 风场扰动 quad-rotor UAV SMC SMC sliding mode variable structure wind disturbance
1 空军工程大学无人机系
2 空军工程大学航空航天工程学院三部, 西安710038
基于矢量法推导了三维空间风场扰动下, 超低空空投货台舱内移动飞行过程中六自由度动力学方程。考虑风速沿机身和翼展方向非均匀分布引起的附加气动力作用, 提出了基于四点模型的风梯度建模与解算方法。通过动力学方程、气动导数构型, 分析了货台运动和扰动风对空投载机品质特性的影响机理。仿真研究了紊流和侧风扰动下空投过程载机安全性和操纵性, 结果表明: 强紊流场会使载机载荷因数正负交替地振荡, 干扰驾驶员操纵; 强侧风环境下, 载机可能因大幅滚转而使翼尖触地。
超低空空投 风扰动 动力学建模 安全性研究 ultralow altitude airdrop wind disturbance dynamic modeling safety research
1 中国科学院云南天文台光电实验室, 昆明 560011
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
位于云南抚仙湖的一米太阳望远镜, 由于其特殊的光机结构和开放式观测模式, 位置控制伺服性能受风的影响较大, 这要求望远镜伺服驱动系统应有较好的抗干扰能力。本文首先从一米太阳望远镜的光机特性以及结构出发, 介绍了该望远镜伺服系统的数学模型及其数值模拟, 重点分析了伺服系统中的速度控制器和位置控制器对风载干扰的改善能力。在保证系统稳定性的前提下, 通过提高系统增益来加大伺服系统的刚度, 可以满足一米太阳望远镜在四级风下正常工作的要求。最后给出该望远镜在实际风载情况下伺服系统的性能和短期跟踪精度的实验结果, 该结果表明望远镜伺服系统能满足科学目标及终端仪器对望远镜跟踪精度的要求。
一米太阳望远镜 跟踪精度 伺服系统 风载干扰 系统增益 one meter solar telescope tracking precision servosystem wind disturbance system gain
